无影灯发明前看天做手术

【来源:生命时报】

现在,无影灯已经成为外科手术中必不可少的医疗器械。然而,在19世纪电灯普及之前,医生做手术主要靠自然光。外科医生需要结合季节、天气条件和每日的光照情况来给患者安排手术。为了最大限度地利用自然光,很多手术室被安排在建筑东南侧采光最佳的房间里,还有一些手术室的屋顶安装了窗户来加强照明。美国波士顿麻省总医院的一间手术室见证了1846年首次乙醚全身麻醉手术的开展,被称为“乙醚穹顶”,其屋顶的天窗至今保存完好。

19世纪初期,世界上许多城市迎来了煤气照明时代。但煤气灯容易因煤气管道漏气或堵塞引发火灾事故,另外光线很弱,无法集中和投射,会在被照射物体下方产生阴影。1870年,英国工程师弗朗西斯·温汉姆发明了“无影煤气灯”,在白炽灯和电灯出现之前,它一直作为手术的灯具使用。

1880年,美国发明家托马斯·爱迪生取得了一项白炽灯的专利,其可以发出连续可见光,开创了美国电力照明的商业阶段。第一批白炽灯在克服了体积大、功率低、易发热、寿命短等缺点后,开始登上了手术照明的舞台,被用于补充或替代自然光。至此,手术开展可以不再需要“看天行事”。

随着外科手术技术的进步,外科医生已经可以深入患者的腹部以及盆腔进行手术。但此时却出现了一个新的问题:当医生探身进行手术时,头部或其他部位会在患者的身体上投下阴影,使得手术区域的“可见度”降低。在1919年,法国教授路易·韦兰解决了这一难题。韦兰是阿尔及尔大学的一名机电学教授,同时也是航空技术服务部门的一名专业人员,负责用灯塔标记航线。在一位外科教授朋友的启发下,他决心参与解决手术视野照明问题。

韦兰所负责的灯塔上摆放的是法国工程师奥古斯丁·让·菲涅尔在一百年前发明的菲涅尔透镜。菲涅尔透镜轻质高效,具有很强的聚光能力。韦兰在研究其中一个空心圆筒形透镜的光束时,在菲涅尔透镜的焦点放置了一个小型汽车灯,并把他轧制的镜子,这些镜子倾斜45度均匀安装在旧自行车车轮上,形成一顶皇冠的模样。韦兰用这盏灯照亮了一个装有物体的盒子内部,当他把头伸到灯的发光光束的路径上时,他惊喜地发现光线照到四面八方,甚至照亮了最小凹槽的底部和墙壁,且没有阴影。一盏无影灯的雏形就此诞生。

无影灯的“无影”效果是如何产生的呢?原来,由于镜面冠状部位反射产生的光束是由多束交织在一起的光线组成的,因此在其路径上的物体只会干扰其中的一些光线,而不是全部,这就产生了一种现象:经光束照射后原本可能会产生阴影的地方,在接收到其他光源的照射后阴影变淡,甚至消失。韦兰在1919年申请了专利,从1920年开始,法国有企业开始生产和销售韦兰灯,专门用于民用和军用照明,后来逐渐传播到世界各地,极大地促进了外科手术的实践。

20世纪50年代,为增加无影灯的光源数量,欧洲和日本相继生产了孔式无影灯,但同时光照温度也有了相应增加。20世纪80年代初,日本开始生产采用卤素光源的冷光孔式手术无影灯。21世纪,LED冷光无影灯问世,LED光源相比卤素光源能够减少热量、降低能耗,为手术无影灯的发展带来了新契机。然而,它仍然不能使人们一劳永逸,存在经济成本高、有感染风险以及工作人员容易眼睛疲劳等问题。未来,自动化照明或许能成为手术无影灯新的发展方向。▲

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